阅读说明：本技术 一种废电解液制备高纯硫酸铜的方法 (Method for preparing high-purity copper sulfate from waste electrolyte ) 是由 李瓛 王进龙 张析 王军辉 王军 周俊涛 李学国 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种废电解液制备高纯硫酸铜的方法,该方法是指在铜浓度为40～55g/L、硫酸浓度为155～185g/L的废电解液中加入氧化铜粉末与双氧水,经加热反应得到低酸硫酸铜溶液；所述低酸硫酸铜溶液用碱调pH值至3.5～4后静置,经过滤分别得到除砷铁渣和硫酸铜净化液；所述硫酸铜净化液经蒸发浓缩、结晶、过滤,即得纯度＞97%的硫酸铜,滤液则返回废电解液。本发明工艺简单,生产成本低,不但反应速率快,而且显著提高废电解液制备硫酸铜的产品质量,解决了冶炼硫酸铜含酸、含杂超标的问题。(The invention relates to a method for preparing high-purity copper sulfate from waste electrolyte, which comprises the steps of adding copper oxide powder and hydrogen peroxide into the waste electrolyte with copper concentration of 40-55 g/L and sulfuric acid concentration of 155-185 g/L, and heating to react to obtain low-acid copper sulfate solution; adjusting the pH value of the low-acid copper sulfate solution to 3.5-4 by using alkali, standing, and filtering to respectively obtain arsenic-removed iron slag and copper sulfate purification solution; the copper sulfate purifying solution is evaporated, concentrated, crystallized and filtered to obtain copper sulfate with purity higher than 97%, and the filtrate is returned to waste electrolyte. The method has the advantages of simple process, low production cost, high reaction rate, obvious improvement on the product quality of the copper sulfate prepared from the waste electrolyte, and solution of the problem of excessive acid content and impurity content in the smelted copper sulfate.)

一种废电解液制备高纯硫酸铜的方法

技术领域

本发明涉及湿法冶金与化工技术领域，尤其涉及一种废电解液制备高纯硫酸铜的方法。

背景技术

在铜电解精炼过程中，电解液的成分不断地发生变化，铜离子浓度不断上升，杂质不断积累，硫酸浓度逐渐降低。为了维持电解液中的铜、酸含量及杂质浓度都在规定范围内，就必须对电解液进行净化和调整，以保证电解过程的正常进行。一般根据上升速度最快的杂质计算，抽出一定数量的电解液，然后增加相应数量的水和硫酸，以维持电解液体积不变。抽出的废电解液用于回收硫酸铜。

废电解液生产硫酸铜时，一般采用加铜中和法或直接浓缩结晶法。加铜中和法是在废电解液中堆加废铜丝、废铜片、废铜屑或残铜极片，然后在85℃下鼓入空气，使硫酸与铜发生反应生成硫酸铜。废铜材表面积越大，反应速度越快，随着铜的不断溶解，溶液的密度逐渐升高，待溶液密度达到1.4g/L左右时，中和过程即告完成。然后经过过滤后，放入水冷结晶槽或自然冷却结晶槽中搅拌进行冷却结晶，结晶后经过滤、冲洗、脱水、烘干得到硫酸铜产品，所得母液脱铜电解。这种方法反应速率低、生产成本高。而直接浓缩法是将废电解液加热蒸发浓缩后结晶得到冶炼硫酸铜。但由于废电解液中酸度过高，往往直接浓缩法生产得到的硫酸铜质量较差，硫酸铜产品中夹杂着大量游离酸，砷、铁等杂质含量也严重超标，产品主品位85%左右，距离合格的硫酸铜产品有较大的差距。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种反应速率高、成本低的废电解液制备高纯硫酸铜的方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种废电解液制备高纯硫酸铜的方法，其特征在于：该方法是指在铜浓度为40~55g/L、硫酸浓度为155~185g/L的废电解液中加入氧化铜粉末与双氧水，经加热反应得到低酸硫酸铜溶液；所述低酸硫酸铜溶液用碱调pH值至3.5~4后静置，经过滤分别得到除砷铁渣和硫酸铜净化液；所述硫酸铜净化液经蒸发浓缩、结晶、过滤，即得纯度＞97%的硫酸铜，滤液则返回废电解液；所述氧化铜按下式计量添加：n_CuO/[n_H2SO4-n_Cu]=0.8~1，式中n_CuO为氧化铜的摩尔数，n_H2SO4为所述废电解液中硫酸的摩尔数，n_Cu为所述废电解液中铜的摩尔数；所述双氧水与所述氧化铜的摩尔比为0.5~1。

所述废电解液是指来源于铜冶炼行业火法熔炼-电解精炼工艺中产生的废电解液。

所述氧化铜为工业氧化铜，纯度≥99%。

所述加热反应的条件是指温度为60~90℃，时间为0.5~2h。

所述碱是指质量分数为10%~30%的氢氧化钠水溶液或者碳酸钠水溶液。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明中加入双氧水，用于加速氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜，并将废电解液中的将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，AsO₂ ^-被氧化生成AsO₄ ^3-，而AsO₄ ^3-与Fe³⁺反应生成FeAsO₄沉淀，多余的Fe³⁺则用碱中和后得到氢氧化铁沉淀，不但反应速率快，而且显著提高废电解液制备硫酸铜的产品质量，解决了冶炼硫酸铜含酸、含杂超标的问题。

2、本发明中添加氧化铜，用于中和多余的游离酸。

3、本发明工艺简单，反应时间短，能耗低，大大降低了企业的生产成本，并消耗了现已严重产能过剩的硫酸。

具体实施方式

一种废电解液制备高纯硫酸铜的方法，该方法是指在铜浓度为40~55g/L、硫酸浓度为155~185g/L的废电解液中加入氧化铜粉末与双氧水，于60~90℃加热反应0.5~2h得到低酸硫酸铜溶液；低酸硫酸铜溶液用质量分数为10%~30%的氢氧化钠水溶液或者碳酸钠水溶液调pH值至3.5~4后静置，经过滤分别得到除砷铁渣和硫酸铜净化液。

硫酸铜净化液采用常规蒸发浓缩工艺进行蒸发浓缩，具体过程如下：将硫酸铜净化液浓缩至比重为1.3~1.5 g/cm³，然后用泵将浓缩液打入水冷结晶槽内进行循环水冷却并不断搅拌，使其温度由70℃降25~35℃，时间为1~1.5h，浓缩液中硫酸铜以五水合硫酸铜的形态析出，过滤后即得纯度＞97%的硫酸铜，滤液则返回废电解液。

其中：废电解液是指来源于铜冶炼行业火法熔炼-电解精炼工艺中产生的废电解液。

氧化铜为工业氧化铜，纯度≥99%。

氧化铜按下式计量添加：n_CuO/[n_H2SO4-n_Cu]=0.8~1，式中n_CuO为氧化铜的摩尔数，n_H2SO4为废电解液中硫酸的摩尔数，n_Cu为废电解液中铜的摩尔数；双氧水与氧化铜的摩尔比为0.5~1。

实施例1

取某铜冶炼厂的废电解液400ml，主要元素成分及含量如表1所示：

表1 铜电解液主要元素及浓度（g/L）

在上述废电解液中加入(177.52/98~43.29/64)*0.4*80=36.5g氧化铜，再加入7.75g双氧水，70℃下反应1h后得到低酸硫酸铜溶液。将低酸硫酸铜溶液用质量分数为20%的氢氧化钠水溶液调节pH值至3.8，过滤得到除砷铁渣和硫酸铜净化液。采用常规蒸发浓缩工艺将硫酸铜净化液浓缩至比重为1.4g/cm³，然后用泵将浓缩液打入水冷结晶槽内进行循环水冷却并不断搅拌，使其温度由70℃降35℃，时间为1h，浓缩液中硫酸铜以五水合硫酸铜的形态析出，过滤后得到高纯硫酸铜结晶产品，滤液返回废电解液。

该废电解液分别采用加铜中和法与本发明方法生产的硫酸铜产品质量对比如表2所示：

表2 硫酸铜产品质量对比

实施例2

取某铜冶炼厂的废电解液400ml，主要元素成分及含量如表3所示：

表3 铜电解液主要元素及浓度（g/L）

在上述废电解液中加入(174.58/98~44.34/64)*0.4*80*0.8=27.87g氧化铜，再加入11.8g双氧水，90℃下反应1.5h后得到低酸硫酸铜溶液。将低酸硫酸铜溶液用质量分数为10%的碳酸钠水溶液调节pH值至4.0，过滤得到除砷铁渣和硫酸铜净化液。采用常规蒸发浓缩工艺将硫酸铜净化液浓缩至比重为1.5g/cm³，然后用泵将浓缩液打入水冷结晶槽内进行循环水冷却并不断搅拌，使其温度由70℃降30℃，时间为1.5h，浓缩液中硫酸铜以五水合硫酸铜的形态析出，过滤后得到高纯硫酸铜结晶产品，滤液返回废电解液。

该废电解液分别采用加铜中和法与本发明方法生产的硫酸铜产品质量对比如表4所示：

表4 硫酸铜产品质量对比